國產(chǎn)液壓鑿巖設(shè)備在礦山的應(yīng)用

李硯耕，張國櫸

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）鑿巖機(jī)械研究所，湖北武漢430074；2.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）掘進(jìn)工程研究所，湖北武漢430074）

我國現(xiàn)代鑿巖機(jī)械工業(yè)，起源于上世紀(jì)五十年代初前蘇聯(lián)援建我國的156項(xiàng)重點(diǎn)工程中——第一項(xiàng)完工的前沈陽風(fēng)動工具廠——和后來的天水風(fēng)動工具廠的氣動鑿巖機(jī)。它對我國采掘工業(yè)的發(fā)展，發(fā)揮了重要作用。六十年代開啟了我國氣動、內(nèi)燃、電動鑿巖設(shè)備自行設(shè)計(jì)、研制工作，質(zhì)量、品種日趨完善。1970年法國蒙塔貝特公司生產(chǎn)出世界第一批液壓鑿巖機(jī)后，我國也隨之開始了液壓鑿巖設(shè)備的研制。全國各有關(guān)采掘行業(yè)，掀起了研制液壓鑿巖機(jī)的高潮。到1977年在湘東鎢礦召開研討會時(shí)，全國研制液壓鑿巖機(jī)的大專院校、科研院所、生產(chǎn)企業(yè)的單位達(dá)47家之多，液壓鑿巖被譽(yù)為一次采掘工業(yè)的革命。由于其低噪聲、環(huán)保、節(jié)能、減排受到了國內(nèi)外廣泛的關(guān)注，國家對此投入了大量的研制經(jīng)費(fèi)。八十年代興起的液壓鑿巖設(shè)備和技術(shù)引進(jìn)，沖擊了我國自身液壓鑿巖技術(shù)的研究和發(fā)展。由于中國市場的廣大，所引進(jìn)的技術(shù)比較陳舊且未能很好消化，后來大多又被外商回購。我國國營鑿巖機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)，大都賣給了跨國公司，液壓鑿巖技術(shù)是一門科技含量高的技術(shù)，時(shí)至今日能形成產(chǎn)品生產(chǎn)能力的研究部門已所剩無幾。但是，在這種情況下不甘屈服應(yīng)運(yùn)而生的我國中小型民營鑿巖機(jī)械企業(yè)異軍突起，并取得了驕人的成就。目前，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）鑿巖機(jī)械研究所和海卓流體控制有限責(zé)任公司研制的各種類型DZ系列液壓鑿巖機(jī)和全液壓鑿巖鉆車，已在國產(chǎn)設(shè)備上居重要地位。

1 地下礦山用液壓鑿巖設(shè)備

1.1 全液壓掘進(jìn)鉆車在房柱采礦法上的應(yīng)用

房柱采礦法采場及鑿巖設(shè)備布置，見圖1。

圖1 房柱采礦法采場及鑿巖設(shè)備布置示意圖

在房柱采礦法中的采場鉆孔可與平巷掘進(jìn)同時(shí)進(jìn)行。可使用由中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）鑿巖機(jī)械研究所設(shè)計(jì)、武漢地大海卓流體控制有限責(zé)任公司生產(chǎn)的《海卓》牌全液壓鑿巖鉆車。根據(jù)采場的大小，選用不同規(guī)格的設(shè)備。較大的采場掘進(jìn)，可選用CTJY12.3、CTJY12.1、CTJY12.2、CLYJ12.2型鉆車；較小的采場掘進(jìn)，可選用DZ10型鉆車。詳見圖2、圖3、圖4、圖5、圖6。

圖2 房柱采礦法用《海卓》CTJY12.3型全液壓鑿巖鉆車

技術(shù)參數(shù)：

總重32 t；總長（運(yùn)行狀態(tài)）13 m；寬2.6 m；高（頂棚最低）3.0m

鑿巖機(jī)：DZYG38B型3臺。機(jī)重150kg；沖擊頻率41～60 Hz；釬桿轉(zhuǎn)速（最高）750 r/min；釬桿扭矩（最大）230N·m

液壓鉆臂：AB741三支；伸縮長度1600mm

液壓推進(jìn)器：AT1541三支；推進(jìn)長度4005mm；延伸長度1600mm

液壓工作平臺：AF321：一支；伸縮長度4000mm；最大載重500kg

底盤：功率117kW；

最大速度時(shí)爬坡能力：1:4；

轉(zhuǎn)彎半徑：9.4m

液壓動力站：總功率：3×45kW

技術(shù)參數(shù)：

圖3 房柱采礦法用《海卓》CTJY12.1型輪胎式鑿巖鉆車外形輪廓

圖4 房柱采礦法用《海卓》CTJY12.1型輪胎式鑿巖鉆車

總重9 t；總長9.8 m；寬1.55 m；高（頂棚下落最低）2.3m

液壓鉆臂：AB721：一支；液壓推進(jìn)器：一支；推進(jìn)長度3660 mm；延伸長度1200m m；適合斷面4×5.5m2

底盤：DC10l輪胎式底盤。發(fā)動機(jī)：道依茨912（50kW）；最大行走速度12 km/h；爬坡能力：1∶4

鑿巖機(jī)：DZYG32型。重量112㎏；長度878mm；寬度（接頭除外）261mm；總高度229 mm；中心線以上高度：84 mm；沖擊頻率40～60 Hz；最大旋轉(zhuǎn)扭矩（連續(xù)）：200 N·m；最大旋轉(zhuǎn)速度（連續(xù)）：350 r/min；最大旋轉(zhuǎn)扭矩500N·m；最大旋轉(zhuǎn)速度450r/min

圖5 房柱采礦法用《海卓》CLJY12.2型掘進(jìn)鉆車

技術(shù)參數(shù)：

總重19.5 t；總長11400 mm；總寬1700 mm；總高2250mm

鉆臂：自重2380 kg；總長7450 mm；伸縮長度1600mm

鉆臂擺動角度：左右各50°；鉆臂舉升角度：向上57°，向下55°

推進(jìn)器俯仰角度：向上57°，向下55°；推進(jìn)器擺動角度：左右各60°

推進(jìn)器翻轉(zhuǎn)角度：180°；靠幫角度：4°；補(bǔ)償長度1750mm

推進(jìn)器：自重360 kg；總長5295 mm；釬桿長度3660mm；最大推進(jìn)力1270kg

底盤：最大行走速度1.2 km/h；爬坡能力10°；最小離地間隙316mm

鑿巖機(jī)：DZYG38B型

圖6 房柱采礦法用《海卓》DZ10型全液壓掘進(jìn)鉆車

技術(shù)參數(shù)：

總重2.5 t；總長6.8 m；總寬1.35 m；用電瓶車拖行：軌距600mm

動力：油泵電動機(jī)：18.5 kW；空壓機(jī)：1.5 kW；加壓水泵：1.5 kW；電壓：380 V，照明系統(tǒng)：24V

鉆臂：型號：AB321；回轉(zhuǎn)：左右180°；升角：55°；降角：16°；擺動：左右各30°

推進(jìn)器：仰角：15°；俯角：45°；擺角：左右各45°；推進(jìn)長度3000 mm；補(bǔ)償長度1500 mm；

推進(jìn)形式：油缸-鋼絲繩；鉆桿長度2600 mm

鑿巖機(jī)：DZYG25型；沖擊壓力18.5 MPa；沖擊頻率50 Hz；鉆孔直徑φ27～φ42 mm；

最大回轉(zhuǎn)壓力：10MPa

1.2 全液壓鑿巖鉆車在分段采礦法上的應(yīng)用

對于垂直礦體或陡峭的礦體，采用分段回采法或高分段崩落法，其采場與鑿巖設(shè)備布置，如圖7、圖8所示。

圖7 分段回采法采場及鑿巖設(shè)備布置示意圖

圖8 高分段崩落法采場及鑿巖設(shè)備布置示意圖

《海卓》CTQ160型液壓鉆車適用于分段回采法，也適用于高分段崩落法，即VCR采礦法。最大鑿孔深度80m，最大孔徑φ165mm，見圖9。

圖9 用于分段采礦法的《海卓》CTQ160型液壓鑿巖鉆車

特點(diǎn)：推進(jìn)器裝有雙液壓夾頭及卸鉆桿液壓扳手，使拆卸鉆桿方便、快捷。

主要技術(shù)參數(shù)：推進(jìn)長度1.2 m；鉆孔深度70 m；鉆孔偏差＜0.5 m；回轉(zhuǎn)頭扭矩3000 N·m；最大鉆孔直徑φ165 mm；作業(yè)范圍：360°全方位；總功率45kW。

1.3 全液壓鑿巖鉆車在無砥柱分段崩落法上的應(yīng)用

無砥柱分段崩落法用于陡峭傾斜的礦體，及帶有很大垂直高度的礦體。礦體與圍巖穩(wěn)定性的最低要求，就是分段崩落平巷必須是能自我支撐的，只需要做一些臨時(shí)性的加固工作。其采場與鑿巖設(shè)備布置，見圖10、圖11。

圖10 無砥柱分段崩落法的采場與鑿巖設(shè)備布置示意圖

圖11 用于無砥柱分段崩落法的《海卓》CTCY12.1輕型采礦鉆車

對于這種采礦法，《海卓》CTCY12.1輕型全液壓采礦鉆車，是為適應(yīng)我國目前礦山常用的分段平巷斷面尺寸而設(shè)計(jì)的。它用于在斷面高度3.2 m的巷道鉆鑿平行扇形炮孔。

1.4 全液壓鑿巖鉆車在充填采礦法上的應(yīng)用

《海卓》CTCY12-1輕型全液壓采礦鉆車，也適用于上向鉆鑿炮孔的充填采礦法，其采場及鑿巖設(shè)備布置見圖12。

圖12 上向充填采礦法采場及鑿巖設(shè)備布置示意圖

2 露天礦山用液壓鑿巖設(shè)備

在露天礦山，礦體局限于某一個(gè)特定區(qū)域內(nèi)，圍巖的剝離和礦體的開采都需要進(jìn)行爆破開挖。露天開采炮孔的布置，其孔徑、孔距和孔深，應(yīng)根據(jù)需要破碎的礦石塊度大小、礦石堅(jiān)固性高低和炸藥類型而定。開采的分段高度范圍，一般限定12～35米?？讖溅?4～φ145mm。在大孔徑（φ110～φ380mm）和20米以上深度時(shí)，多使用潛孔鉆或牙輪鉆。一般露天開采可選用《海卓》CLLY100、CLLY150、CLL142、CLLY-100J等型號鉆車，見圖13、圖14、圖15、圖16、圖17。

圖13 露天礦采場和鑿巖設(shè)備布置示意圖

圖14 露天礦山用《海卓》CLLY100型全液壓鑿巖鉆車

技術(shù)參數(shù)：

鑿孔直徑φ65～φ102mm；釬桿形式：T38(S38)、T45(S45)mm；重量10.8 t；推進(jìn)長度4000 mm；驅(qū)動方式：柴油機(jī)；額定功率132 kW；行走速度1.5～3.7 km/h；鑿巖機(jī)：DZYG38B型；最大沖擊功率：15kW

圖15 《海卓》CLLY150型全液壓重型露天鑿巖鉆車

技術(shù)參數(shù)：

鉆鑿孔徑φ76～φ152mm；釬桿直徑φ38、φ45、φ51mm；行走速度2.6㎞/h；爬坡能力20°；發(fā)動機(jī)型號：道依茨F6L912

圖16 露天礦用《海卓》CLL142型液壓潛孔鉆車（一體機(jī)）

技術(shù)參數(shù)：

沖擊器：工作壓力1.05～2.64 MPa；耗氣量12 m3/min；鉆孔直徑φ110～φ145 mm；鉆孔深度：水平30 m，向下20 m；鉆桿長度3000 mm；鉆桿直徑φ76 mm；鉆鑿水平孔：最高3400 mm，最低橫位450 mm；推進(jìn)行程4000 mm

推進(jìn)器補(bǔ)償長度：1200 mm；最大提升力100kN

推進(jìn)器俯仰角：水平向上45°、向下60°；

推進(jìn)器擺動角：左50°、右3°

鉆臂俯仰角:水平向上55°、向下15°；

鉆臂擺動角：左右各45°

爬坡能力：35°；底盤離地最小間隙300 mm；回轉(zhuǎn)器轉(zhuǎn)速0～75 r/min；回轉(zhuǎn)扭矩3000 N·m

液壓系統(tǒng)：工作壓力12.5MPa；外形尺寸：6900×2300×2400 mm；除塵方式：液壓集塵器

圖17 露天礦用《海卓》CLLY-100J型液壓鑿巖鉆車

技術(shù)參數(shù)：

總重≤7t；外型尺寸（運(yùn)輸狀況）：

6.4×2.1×2.7 m；油箱容量200升；持續(xù)工作時(shí)間6小時(shí)

底盤形式：履帶式；最小離地間隙330 mm；工作方式：全液壓；運(yùn)輸、行進(jìn)方式：自行(長途需運(yùn)輸車)；爬坡能力25°；行進(jìn)速度1.5km/h；使用海拔高度＜2000m；工作溫度：-20℃～+40℃；鉆鑿巖石類型：硬巖f=4～16；鉆桿長度3 m×4根；鉆孔直徑φ100 mm；鉆孔深度10 m；鉆孔速度：硬巖1 m/min；鉆孔方式：沖擊旋轉(zhuǎn)；推進(jìn)梁擺動角：右30°、左90；鉆臂旋轉(zhuǎn)角：360°；最大扭矩：800 N·m；操作人員：1人（1人輔助）；平均故障間隔時(shí)間≥200小時(shí)

3 地外采礦初探

1994年以來，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）鑿巖機(jī)械研究所與俄羅斯合作，參與了太空開發(fā)的研究，承擔(dān)采樣器鉆鑿機(jī)構(gòu)的研制，對未來太空礦物原料勘采進(jìn)行了探討。圖18為與俄羅斯工程院合作開發(fā)項(xiàng)目之一的月球勘探取樣器。

圖18 俄羅斯發(fā)射的月球勘探采樣器

4 液壓鑿巖設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)—液壓鑿巖機(jī)

與前述地下和露天礦山開采用《海卓》全液壓鑿巖鉆車配套的DZ系列液壓鑿巖機(jī)，見圖19、圖20、圖21、圖22、圖23、圖24。

圖19 《海卓》DZYG51型液壓鑿巖機(jī)

《海卓》DZYG51重型全液壓鑿巖機(jī)采用雙液壓馬達(dá)驅(qū)動、獨(dú)立回轉(zhuǎn)，與液壓鉆車配套使用，適用中硬和堅(jiān)硬巖石上鉆鑿任意方向炮孔，主要用于大孔徑鉆進(jìn)及露天鉆鑿作業(yè)，鉆孔直徑為φ89～φ152mm。該機(jī)是一種高效節(jié)能、可長期穩(wěn)定工作的新型鑿巖設(shè)備，穩(wěn)定工作指標(biāo)為累計(jì)進(jìn)尺6000米不拆機(jī)檢修。主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 《海卓》DZYG51型液壓鑿巖機(jī)技術(shù)參數(shù)

圖20 《海卓》DZYG45型液壓鑿巖機(jī)

《海卓》DZYG45為中型全液壓鑿巖機(jī)，采用液壓驅(qū)動、獨(dú)立回轉(zhuǎn)，與液壓鉆車配套使用，適于中硬和堅(jiān)硬巖石上鉆鑿任意方向炮孔，主要用于大孔徑鉆進(jìn)及露天鉆鑿作業(yè)，鉆孔直徑為φ65～φ125mm。該機(jī)是一種高效節(jié)能，可長期穩(wěn)定工作的新型鑿巖設(shè)備。其主要技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 《海卓》DZYG45型液壓鑿巖機(jī)技術(shù)參數(shù)

《海卓》DZYG25型液壓鑿巖機(jī)是導(dǎo)軌式獨(dú)立回轉(zhuǎn)鑿巖機(jī)，該機(jī)與鉆車配套用于中硬和堅(jiān)硬石上鉆鑿任意方向炮孔，輸出功率可調(diào)三檔。

圖21 《海卓》DZYG25型液壓鑿巖機(jī)

表3 DZYG25技術(shù)參數(shù)

DZYG32型液壓鑿巖機(jī)與鉆車配套使用，適用于中硬和堅(jiān)硬巖石上鉆鑿炮孔。

圖22 《海卓》DZYG32型液壓鑿巖機(jī)

表4 DZYG32技術(shù)參數(shù)：

《海卓》DZYY22型液壓鑿巖機(jī)是手持式鑿巖機(jī)，適用于鉆鑿各種巖石。該機(jī)重量輕，操縱機(jī)構(gòu)集中，啟動靈活，工作平穩(wěn)可靠，噪音低，效率高，壽命長，使用維修方便。

圖23 《海卓》DZYY22型全液壓鑿巖機(jī)

表5 DZYY22技術(shù)參數(shù)

5 《海卓》全液壓鑿巖設(shè)備的銷售和使用情況舉例

1987年以來，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）鑿巖機(jī)械研究所二十多年如一日，堅(jiān)持自主創(chuàng)新，與企業(yè)結(jié)合實(shí)現(xiàn)商品化，并通過國家鑒定和用戶認(rèn)可，產(chǎn)品形成系列，主要技術(shù)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到瑞典Atlas Copco公司同類產(chǎn)品所代表的國際先進(jìn)水平，為我國鑿巖機(jī)械現(xiàn)代化的事業(yè)作出了重要貢獻(xiàn)。該所研發(fā)的DZ系列《海卓》牌液壓鑿巖機(jī)，擁有自己的關(guān)鍵技術(shù)。例如：研制改進(jìn)了適用于高速、高壓的密封裝置；活塞與沖擊釬尾的選材和熱處理工藝；蓄能器隔膜的選材與制作工藝；支承活塞運(yùn)動的前后導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選材；鑿巖機(jī)上的反打機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等。在《海卓》系列全液壓鑿巖鉆車上，使用了該公司的新技術(shù)液壓拉拔裝置，最大拉拔力可達(dá)20噸以上。由于《海卓》牌DZ系列全液壓鑿巖機(jī)和鑿巖鉆車已經(jīng)具備的性價(jià)比優(yōu)勢，在國內(nèi)外市場初步顯示出強(qiáng)勁的競爭力，獲得了用戶的一致好評。1997年以來，《海卓》全液壓鑿巖鉆車典型產(chǎn)品的銷售和使用情況實(shí)例，見表6和圖25。

6 結(jié)束語

和氣動鑿巖設(shè)備相比，液壓鑿巖設(shè)備穿孔速度要高出3倍以上；能耗僅為氣動鑿巖設(shè)備的1/3；噪聲可下降約20分貝，鑿巖現(xiàn)場粉塵濃度較低，可見度好。因此，液壓鑿巖設(shè)備具有鉆速快、節(jié)能、噪聲低、勞動安全和衛(wèi)生條件好等突出優(yōu)點(diǎn)，是世界公認(rèn)的高技術(shù)、高附加值產(chǎn)品。用全液壓鑿巖設(shè)備逐步更新氣動鑿巖設(shè)備，特別是在大型重點(diǎn)采掘工程中，優(yōu)先選用全液壓鑿巖設(shè)備，正成為全球鑿巖工程發(fā)展的總趨勢。我國改革開放以來，鐵路、公路、水電、核電、農(nóng)田水利、礦產(chǎn)開發(fā)、城鎮(zhèn)建設(shè)、國防和民用地下空間設(shè)施等大規(guī)?；A(chǔ)建設(shè)工程不斷擴(kuò)大，對全液壓鑿巖設(shè)備的需求相應(yīng)不斷增加。據(jù)不精確統(tǒng)計(jì)，我國近20多年來，各大型工程以昂貴價(jià)格進(jìn)口和報(bào)廢的全液壓鑿巖鉆車，保有量已達(dá)3000臺左右，總值約30億美元。這些設(shè)備急需國產(chǎn)設(shè)備去補(bǔ)充和更新。此外，全球液壓鑿巖設(shè)備的年容量，約在200億美元左右。在相當(dāng)長的時(shí)期內(nèi)，國內(nèi)外采掘工程施工仍以“鉆爆法”為主，氣動和液壓鑿巖設(shè)備需求量都很大。目前國際市場雖為Atlas Copco、Tamrock等名牌鑿巖機(jī)械跨國公司所壟斷，但在國產(chǎn)全液壓鑿巖設(shè)備質(zhì)量、品種、性價(jià)比指標(biāo)迅猛提升的同時(shí)，伴隨著我國綜合國力不斷提高和第二、三世界國家新市場的日益擴(kuò)大，國產(chǎn)鑿巖機(jī)械仍有著進(jìn)入國際市場的巨大空間。

圖24 《海卓》DZYG38B型全液壓鑿巖機(jī)

表6 DZ系列《海卓》牌全液壓鑿巖設(shè)備銷售情況＊（1997～2007）

圖25 《海卓》CLLY100型全液壓露天鑿巖鉆車在湖北華新水泥（襄樊）有限公司南漳石灰?guī)r采礦場工地的工作情況（2006.4.8）

中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）鑿巖機(jī)械研究所和武漢地大海卓流體控制有限責(zé)任公司，特別希望和對采掘方法有特殊需要的采掘工程部門合作，不斷研發(fā)出適合特定條件下的鉆采設(shè)備，與本行業(yè)同仁一道為我國礦業(yè)和采掘工業(yè)的發(fā)展盡綿薄之力。

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